Вирусы. Драйверы эволюции. Друзья или враги?

Фермент 2’-дезоксиуридин-5’-трифосфат-пирофосфатаза обнаруживается у представителей всех трех царств жизни и является необходимым элементом гидролиза 2’-дезоксиуридинтрифосфата, в результате которого образуются молекулы-предшественники, необходимые для синтеза ДНК. Крупные ДНК-содержащие вирусы, все вирусы герпеса (а также поксвирусы) располагают одним или более аналогом этого фермента в своем геноме (Baldo, McClure, 1999; McGeoch, 1990). Они захватили эти гены из хромосом клеток-хозяев; более чем вероятно, что такие события захвата происходили на протяжении эволюции неоднократно. Примечательно, что некоторые вирусы герпеса располагают единственной копией этого гена, весьма схожей с клеточным геном; в лабораторных экспериментах было установлено, что этот ген играет важную роль в поддержании вирулентности, необходимой для успешного инфицирования животных. У других вирусов есть дубликаты этого гена, и дополнительные копии значительно изменены или, наоборот, более точно подогнаны для осуществления исходной функции. Исследование их аминокислотных последовательностей выявило, что они уже не обладают протеиновой структурой, необходимой для осуществления гидролиза дезоксиуридинтрифосфата. Представляется, что это примеры эволюции новых функций de novo в генах, захваченных из хромосом клеток-хозяев. В результате удивительного хода событий некоторые вирусы герпеса обладают множественными аналогами гена клеточной дезоксиуридинтрифосфатазы, но ни один из этих аналогов не имеет исходный ферментативный функций. Это родственные дезоксиуридинфосфатазы из обширного семейства генов многочисленного отряда герпетических вирусов. Один только цитомегаловирус располагает четырьмя такими родственными генами, которые обладают независимыми и разными, хотя и не вполне понятными функциями. В ходе анализа было выявлено, что сходство этих генов заключается в консервативности тех участков гена дезоксиуридинтрифосфатазы, которые отвечают за трехмерную конфигурацию белка (Davison, Stow, 2005). Авторы полагают, что вирусы герпеса позаимствовали кодирующие белок последовательности, которые в наибольшей степени поддаются изменениям, способствующим появлению новых функций, и использовали эти гены в своих целях путем дупликации и нового использования для создания совершенно нового генного вирусного продукта.

Цитомегаловирус – это человеческий герпетический вирус, располагающий самым крупным набором дополнительных генов: этот вирус со всей полнотой использует преимущества каждого из этих способов эволюции для приобретения адаптивных функций, позволяющих выгодно управлять работой клеток и систем организма-хозяина. Большую часть продуктов этих вирусных генов представляют белки, которые модулируют иммунный ответ хозяина и позволяют вирусу избегать подавления репликации и удаления из организма как при острой, так и при хронической вирусной инфекции. Цитомегаловирус широко распространен в большинстве человеческих популяций и заражает нас после острого первичного инфицирования. Он никогда не удаляется из организма, несмотря на весьма активный пожизненный иммунитет. Другие гены цитомегаловируса управляют его патогенностью; например, во время активного инфицирования пораженная клетка секретирует вирусный белок, генетически гомологичный человеческому хемокину. Этот белок связывается с хемокиновыми рецепторами, чем опосредуется приток нейтрофилов к месту воспаления (Penhold et al., 1999). Было показано, что инфицирование нейтрофилов является центральным звеном патогенеза цитомегаловирусной инфекции; это весьма изящный механизм привлечения восприимчивых клеток к продуцирующим вирус клеткам, что ускоряет диссеминацию вируса по организму хозяина. Эту стратегию то и дело обнаруживают при исследовании патогенеза инфекционных болезней, в особенности тех, которые поражают иммунокомпетентные клетки. Эти клетки в изобилии привлекаются к месту поражения и могут затем использоваться как переносчики при амплификации и для распространения вируса или иного инфекционного агента из одних тканей хозяина в другие.